Plantaardige biomassa is een belangrijke koolstof-neutrale hernieuwbare grondstof die gebruikt kunnen worden voor de productie van biobrandstoffen. Plantaardige biomassa bestaat voornamelijk uit celwanden, een structureel complex composietmateriaal genoemd lignocellulose. Hier beschrijven we een protocol voor een uitgebreide analyse van de inhoud en de samenstelling van de polyfenolische lignine.
De behoefte aan duurzame, klimaatneutrale en duurzame grondstoffen voor de industrie en de samenleving is uitgegroeid tot een van de meest urgente kwesties voor de 21e eeuw. Dit heeft weer interesse in het gebruik van plantaardige producten als industriële grondstof voor de productie van vloeibare brandstoffen voor transport<sup> 1</sup> En andere producten, zoals biocomposite materialen<sup> 7</sup>. Plantaardige biomassa blijft een van de grootste onontgonnen reserves op de planeet<sup> 4</sup>. Het is meestal bestaat uit celwanden die zijn samengesteld uit energie-rijke polymeren, waaronder cellulose, hemicellulose diverse (matrix polysacchariden, en de polyfenol lignine<sup> 6</sup> En dan ook soms genoemd lignocellulose. Echter, plant celwanden zich ontwikkeld tot een recalcitrant tegen afbraak als muren bieden treksterkte aan cellen en de hele planten, afweren ziekteverwekkers, en laat het water worden vervoerd door de plant, in het geval van bomen tot meer van de 100 m boven maaiveld. Als gevolg van de verschillende functies van de muren, is er een enorme structurele diversiteit binnen de muren van de verschillende plantensoorten en celtypes binnen een enkele plant<sup> 4</sup>. Vandaar dat, afhankelijk van welk gewas soorten gewas ras of plant weefsel wordt gebruikt voor een bioraffinage, de verwerking stappen voor depolymerisatie door chemische / enzymatische processen en de daaropvolgende fermentatie van de verschillende suikers aan vloeibare biobrandstoffen moet worden aangepast en geoptimaliseerd. Dit feit onderbouwt de noodzaak van een grondige karakterisering van plantaardige biomassa grondstoffen. Hier beschrijven we een uitgebreide analytische methodologie dat de vaststelling van de samenstelling van lignocellulose maakt en vatbaar is voor een medium tot high-throughput analyse. In dit eerste deel richten we ons op de analyse van de polyfenolen lignine (figuur 1). De methode begint met het opstellen destarched celwand materiaal. De resulterende lignocellulose worden dan opgesplitst om de lignine-gehalte te bepalen door acetylbromide solubilisering<sup> 3</sup>, En de lignine samenstelling in termen van haar syringyl, guaiacyl-en p-hydroxyfenyl units<sup> 5</sup>. Het protocol voor het analyseren van de koolhydraten in de lignocellulose biomassa, waaronder cellulose inhoud en samenstelling van polysaccharide matrix wordt besproken in deel II<sup> 2</sup>.
De beschreven methoden in staat stellen een snelle kwantitatieve beoordeling van de lignine-gehalte en de samenstelling van lignocellulose biomassa plant. Met behulp van de robot iWall ongeveer 350 monsters kunnen worden gemalen en afgeleverd per dag. De overslag van de verschillende analysemethoden per persoon verschilt. Met behulp van de protocollen hier beschreven, kan 30 monsters worden verwerkt voor lignine-gehalte, en 15 voor lignine samenstelling per dag. Als gevolg van de kwantitatieve aard van de gegevens een optimale grondstof gewassen, kunnen ras of genotypen te worden beoordeeld in termen van hun geschiktheid voor de productie van biobrandstoffen.
We zijn dankbaar dat Matthew Robert Weatherhead voor een uitstekende technische service en John Ralph, de Universiteit van Wisconsin voor waardevolle adviezen, discussies, en het populierenhout monster. Dit werk werd gefinancierd door het Amerikaanse Department of Energy (DOE) Grote Meren Bioenergy Research Center (DOE BER Office of Science DE-FC02-07ER64494) en door de Chemische Wetenschappen, Geowetenschappen en Biosciences Division, Bureau van Basic Energy Sciences, Office of Science , US Department of Energy (prijs niet. DE-FG02-91ER20021).
Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
---|---|---|---|---|
Hydroxylamine Hydrochloride | Sigma-Aldrich | 255580 | ||
Acetyl Bromide | Aldrich | 135968 | ||
Ethanethiol | Sigma-Aldrich | E3708 | ||
Borontrifluoride diethyl etherate | Fluka | 15719 | ||
N,O,-Bis(trimethylsilyl) acetimide | Fluka | 15241 | ||
Dioxane | Sigma-Aldrich | 296309 | ||
Spectromax Plus 384 | Molecular Devices | Plus384 | ||
GC-MS | Agilent | 6890 GC/5975B MSD | (lignin composition) | |
5.5mm Stainless Steel Balls | Salem Ball Company | (N/A) | ||
96 well plate heat spreader | Biocision | Coolsink 96F | ||
Heating block | Techne | Dri-block DB-3D | ||
Sample concentrator | Techne | FSC400D |